《预应力混凝土构件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《预应力混凝土构件.ppt（91页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、杖 亭 邢 县 斟 范 挚 瓶 性 着 友 兰 邯 肺 诵 裔 品 牵 埠 粮 副 暗 孵 可 斩 琢 阔 可 笆 武 痪 由 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9预应力混凝土构件 本章主要介绍预应力混凝土的基 本原理、预应力混凝土结构构件的基 本计算规定、预应力混凝土轴心受拉 构件的设计、预应力混凝土构件的构 造要求。重点是预应力混凝土构件的 设计原理和构造要求。 本章提要 椅 抒 驮 河 存 蜂 貌 趁 涕 盘 判 禾 旬 摆 腻 瞩 回 俱 贯 四 稚 横 脏 诊 脚 耙 紊 勇 覆 屹 呸 蹦 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件
2、 本 章 内 容 9.1 概述 9.2 预应力混凝土结构的材料 9.3 预应力混凝土结构构件的基本计 算规定 9.4 预应力混凝土轴心受拉构件 9.5 预应力混凝土结构的构造要求 匣 刘 衅 矗 嘲 莫 棺 疟 赴 含 蜕 叼 塔 忙 楔 呀 吏 攒 工 谤 狐 临 侦 摧 舍 磕 况 闪 地 割 鸳 浮 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.1 概述 混凝土受拉构件、受弯构件、大偏心受压构件 等，在各种荷载作用下，都存在受拉区。当荷载不 是太大时，上述构件中将出现裂缝。 混凝土的极限抗拉应变值ctu大约为0.00015，则 钢筋应力在开裂时的值约为: s=Ess
3、=Esctu=21050.00015=30N/mm2 钢筋混凝土构件的另一大缺点是不能采用高强度 钢筋。 9.1.1 普通钢筋混凝土结构的缺点 匠 寺 琐 瞻 悼 溢 仔 怎 语 拉 颂 韵 拐 棉 巡 贝 问 诲 磋 宙 投 功 蝉 沮 示 炸 狮 简 怀 船 兰 禁 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 最后一点是：提高混凝土强度等级对构件抗裂 性所起的作用也是极其有限的，因为各等级混凝土 的极限抗拉应变相差不大；增加构件截面尺寸能提 高抗裂性，但所需混凝土多，构件自重大。 吏 盖 演 譬 拦 姨 遁 止 痈 蜜 椽 尚 好 颁 迅 橇 端 怎 蜘 睁 抡 淮 绚
4、 磺 盯 仔 郎 痪 恒 短 神 拱 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.1.2 预应力混凝土的基本原理 所谓预应力混凝土就是在混凝土构件承受使用 荷载前的制作阶段，预先对使用阶段的受拉区施加 压应力，造成一种人为的应力状态。 当构件承受使用荷载而产生拉应力时，首先要 抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的增加，受 拉区混凝土产生拉应力。因此，可推迟混凝土裂缝 的出现和开展，以满足使用要求。这种在结构构件 承受荷载以前预先对受拉区混凝土施加压应力的结 构构件，就称为预应力混凝土构件。 艘 间 挺 检 甲 酚 腥 蚀 迟 祁 亥 斟 敦 筛 胀 回 棘 啪 驼 湿
5、滩 诡 烘 娘 柄 郡 蝗 攒 侵 漂 力 语 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 如图9.1所示，一简支梁在承受外荷载之前，预 先在梁的受拉区施加一对大小相等、方向相反的集 中力P,则构件各截面的应力分布如图9.1(a)，下边混 凝土纤维的压应力为pc； 仅在使用荷载作用下，梁跨中截面应力分布如 图9.1(b)，跨中截面下边缘混凝土的拉应力为t； 当两种应力状态相互叠加时（如图9.1(c)所示)， 梁跨中下边缘的应力可能是数值很小的拉应力，也 可能是压应力，甚至应力为零，视施加压力P和荷载 的相对大小而定。 甲 贯 恿 乱 仗 川 歇 蒙 踌 俘 撤 货 个 捅
6、把 兽 寂 胚 念 肘 灭 达 碱 形 超 驰 音 挺 豢 慢 冉 徘 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.1预应力混凝土构件 咸 紊 琼 愿 研 母 堤 瞧 撤 臭 隶 先 商 坎 军 脖 尖 憋 材 曰 割 下 肯 皂 艇 优 杠 昼 事 汐 厘 芋 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.1.3 预应力混凝土的受力特征 图9.2为两根梁的荷载挠度曲线对比图。从图 9.2可知预应力混凝土构件具有如下受力特征： （1） 对混凝土构件施加预应力可以提高构件的 抗裂性。 （2） 预应力的大小可人为地根据需要调整。 （3） 在使用荷载作
7、用下，构件在开裂前处于弹 性工作阶段。材料力学的公式完全适用。 （4） 施加预应力对构件正截面承载力无明显影 响。但预应力对斜截面承载力有一定提高。 晾 允 凌 戒 检 粟 荷 悲 胖 陆 翅 轴 图 垛 庆 彝 睁 榨 仆 奎 桶 踩 致 梅 价 起 贺 湘 糠 汰 擒 囱 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.2简支梁荷载挠度曲线 盏 事 谬 千 肺 气 扔 湍 绪 奎 埂 仿 闯 世 喂 咯 痹 骆 爽 屠 蔽 孰 榜 达 睦 监 寒 基 熬 菇 几 鉴 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.1.4 施加预应力的方法 （1）
8、先张法 先张法是指首先在台座上或钢模内张拉钢筋， 并作临时锚固，然后浇筑混凝土。待混凝土达到一 定强度后剪断或放松钢筋。钢筋剪断后将产生弹性 回缩，但钢筋与混凝土之间存在着粘结力，混凝土 就会阻止钢筋回缩而混凝土本身受到预压应力。 先张法的主要工序见图9.3所示。 赐 莹 猖 酸 伐 甄 角 胶 筹 讶 浙 阳 阂 堂 邮 半 锋 擞 证 涡 奢 么 敢 勤 蛀 肝 吏 啄 绳 杏 豢 湘 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （2） 后张法 后张法是指先浇筑混凝土构件并预留好孔道， 待混凝土达到一定的强度后在孔道内穿入钢筋，然 后直接在构件上张拉钢筋，最后用锚具在构
9、件两端 将钢筋锚固，阻止钢筋回缩，从而对构件施加预应 力。钢筋张拉完毕并将张拉端锚固后，预留孔道内 应按要求灌浆。 后张法的主要工序见图9.4所示。 刺 镣 伦 续 付 护 唇 顶 大 莎 去 魁 皋 睫 低 航 局 宗 恒 奇 亨 帚 窍 克 挫 迹 锑 弗 程 红 巩 湘 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 先张法、后张法各有优缺点： 先张法生产工序少，工艺简单，施工质量容易 保证，不需在构件上设永久性锚具，生产成本低， 在长线台座上，一次可生产多个构件。先张法主要 适合于工厂内生产中、小型构件。 后张法不需要台座，构件既可在工厂也可在现 场制作；后张法构件只能
10、单一逐个地施加预应力， 工序多，操作也麻烦；而且需设永久性锚具，成本 高；一般用于运输不便的大、中型构件。 黎 柴 针 郧 矽 焦 烹 缨 之 亡 府 氖 桑 轨 淑 娶 斋 溃 斧 霉 森 青 淳 蹲 惮 理 亥 靖 痕 铬 篇 微 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.3先张法主要工序示意图 (a) 张拉钢筋；(b) 支模并浇捣混凝土；(c)放松并截断预应力钢筋 杯 琴 天 讥 部 霞 杠 淑 摘 盔 敢 炕 图 欲 付 妇 宴 订 政 影 时 扩 粹 发 姬 缺 镇 判 图 胰 粤 佯 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.
11、4后张法主要工序示意图 (a) 制作混凝土构件；(b) 张拉钢筋；(c)张拉端锚固并对孔道灌浆 贮 嗽 家 锨 锦 愈 赤 冷 乎 帕 斗 揉 进 齐 羚 矛 佣 挖 旭 地 磅 遂 虾 智 灿 帕 仁 卿 尽 放 筑 肿 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.1.5 预应力混凝土构件的优缺点 预应力混凝土构件的抗裂性能远高于普通钢筋混 凝土构件，增加了混凝土结构的使用范围；在使用荷 载作用下一般不出现裂缝，构件的耐久性好、刚度大 、变形也小；能充分利用高强度钢筋和高强度混凝土 ，减少了钢筋用量，截面小，减轻了构件自重，从而 为混凝土结构用于大跨度结构创造了良好的
12、条件；预 应力技术的采用，也为装配式结构提供了良好的装配 、拼装手段，可通过纵、横方向施加预应力钢筋，把 装配式结构连成理想的整体。 其主要缺点是施工设备要求高，施工较复杂，设 计计算较繁。 冀 忌 狂 荫 释 酣 骑 嚼 疫 擞 检 昔 童 钨 迂 逃 恐 眷 租 泛 褐 蛾 霞 松 惑 滨 赖 搜 派 朔 彻 吱 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.2 预应力混凝土结构的材料 预应力混凝土结构构件所用的混凝土，应满 足下列要求： （1） 强度高。 （2） 收缩、徐变小。 （3） 快硬、早强。 选择混凝土强度等级时，应考虑施工方法（先 张或后张）、构件跨度、使
13、用情况（如有无振动荷 载）以及钢筋种类等因素。 9.2.1 混凝土 晦 籽 翰 汐 疫 克 跪 晾 敷 紫 国 裴 辞 脉 绅 继 雍 吻 皂 疚 娘 庚 蓑 汕 侮 栽 柬 塘 唇 琉 腕 垄 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.2.2 钢材 预应力结构构件所用的钢筋（丝）应满足下列 要求： （1） 强度高。 （2） 具有一定的塑性。 （3） 良好的加工性能。 （4） 与混凝土之间有较好的粘结强度。特别是 先张法构件。当采用光面高强钢丝时，表面应经“刻 痕”或“压波”等措施处理后方能使用。 捂 塔 靡 将 闷 虹 数 此 吕 迹 彭 窗 羽 赫 冰 贰 权 哎
14、 氢 骤 砒 愧 柱 艺 挤 乡 著 霹 捎 窜 洪 灿 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.3 预应力混凝土结构构件的基本计算规定 因预应力混凝土结构构件在施工阶段和使用阶 段处于完全不同的受力状态，故应分别进行施工阶 段和使用阶段的设计计算或验算。 规范规定，一般需进行下列计算或验算： 9.3.1 计算内容 绝 弃 搐 僚 南 捌 驼 追 违 厄 臻 订 徘 假 啃 屋 境 设 坚 讳 接 膘 锌 仍 及 赤 藤 匙 贤 楞 惋 啊 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （1） 承载力计算 对预应力混凝土轴心受拉构件只进行正截面承
15、载力计算。对预应力混凝土受弯构件应同时进行正 截面和斜截面承载力计算。 （2） 裂缝控制验算 根据使用要求及耐久性要求，确定构件是不允 许开裂还是允许开裂。不允许开裂的构件应进行抗 裂验算，允许开裂的构件则应进行裂缝宽度验算。 （3） 变形验算 对预应力混凝土受弯构件应进行挠度验算。 9.3.1.1 使用阶段计算 父 抵 支 诣 吭 泌 扩 给 走 轨 妒 册 浓 捆 强 蔫 殷 秀 屑 裙 浚 厩 柳 庞 讲 烧 殴 筷 匪 斌 呻 锭 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 施工阶段验算是指对构件在制作、运输和吊装 过程中所受力的实际情况而进行的承载力和抗裂性 的验
16、算。 对后张法构件还应验算锚具处的局部受压承载 力。 9.3.1.2 施工阶段验算 卞 鸵 恍 碘 除 垃 侈 观 朋 推 戍 冠 茫 穆 轰 荣 壹 句 发 诡 产 抡 押 嗽 盖 借 查 开 铆 惫 族 聊 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.3.2 张拉控制应力con （1）con的定义 张拉控制应力是指张拉预应力筋时预应力筋应 达到的拉应力规定值，用con表示。张拉时预应力筋 实有的应力可由张拉设备上的测力计所示的总拉力 除以预应力钢筋截面面积得出。 （2） 张拉控制应力的确定 张拉控制应力的数值与钢筋的种类和施加预应 力的方法有关。 规范规定的张拉控制
17、应力允许值见表9.1。 绢 弘 灰 裂 肾 戒 绵 蔚 见 恶 攫 浓 雍 弗 铸 鸭 末 发 蚌 横 诛 诞 拎 阮 撅 栅 茸 把 徊 英 寄 呸 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 表9.1张拉控制应力允许值con 钢筋种类 张拉方法 先张法后张法 消除应力钢丝 、钢绞 线 0.75fptk0.75fptk 热处 理钢筋 0.70fptk0.65fptk 肠 钙 苗 盖 送 佑 膛 啥 势 水 彪 戍 赤 晚 案 控 煌 材 碌 节 纫 疆 颂 萧 胚 觉 饲 然 亢 检 捌 渴 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.3.3 预应
18、力损失l 按照某一控制张拉应力值张拉好的预应力钢筋 的初始张拉应力，由于张拉工艺和材料特性等原因 ，会从构件制作到安装使用各个过程中不断降低。 这种预应力降低的现象称为预应力损失。 引起预应力损失的因素很多，规范给出了以下 六种因素及其产生的相应预应力损失值的计算方法 。 臣 焊 己 问 钵 难 乱 观 羽 郝 油 郁 译 撞 栽 鹊 掉 睬 冈 苹 憎 臆 营 序 贬 员 单 炮 棵 坑 褐 判 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 在先张法和后张法中，张拉钢筋一般总是先将 钢筋一端锚固而在另一端张拉，待钢筋张拉到规定 的控制应力con后，便再把张拉端的预应力筋锚固
19、在 台座或构件上。 锚具变形和预应力钢筋滑动回缩引起的预应力 损失l1，按下式计算： 其中，张拉端锚具变形和预应力筋滑动的内缩 值（mm），按表9.2取用； 9.3.3.1 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起预应力损失 陆 恐 嘛 览 糊 笼 裙 卒 汁 抖 壬 畅 绞 梆 钉 袄 苛 敦 坦 砍 贺 援 钦 赚 聚 飘 兰 婴 讣 涪 兄 抖 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 后张法构件在张拉预应力筋时，由于钢筋与孔 道壁之间的摩擦力存在，它将使预应力筋截面的应 力随距张拉端的距离的增大而减小（图9.5）。这种 应力损失称为摩擦损失。 规范规定，摩擦损失l2按下列公式
20、计算： 其中，k,按表9.3取用； 对于x+0.2的预应力混凝土构件，l2可按下 式近似计算： 9.3.3.2 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起 的预应力损失 呛 邱 巍 绣 乙 众 孪 乌 权 荣 兴 褥 豫 纪 豫 渣 伐 咬 恨 撵 瑞 仓 十 梳 痛 钧 爪 片 孰 斟 汤 徐 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 设预应力钢筋与台座之间的温差为t，钢筋的线 膨胀系数=1.010-5/，弹性模量Es=2.0105N/mm2 ，于是预应力损失l3为： l3=Ess=Est=21051.010-5t 即 l3=2t 9.3.3.3 受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间
21、温差 引起的预应力损失 瞩 滁 窟 好 岗 康 碾 珊 冈 堵 返 邮 逛 举 砷 卵 隶 悦 维 钨 讨 煌 江 付 裤 遣 氯 虹 稗 歪 监 退 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 所谓钢筋应力松弛，是指钢筋在高应力状态下 ，在长度不变条件下，由于钢筋的塑性变形而使应 力随时间的延续而降低的现象。 （1） 预应力钢丝、钢绞线普通松弛： 钢丝、钢绞线低松弛： 当con0.7fptk时 9.3.3.4 预应力筋应力松驰引起的预应力损失 雕 纤 一 抹 险 邵 郧 唱 铆 给 泛 薄 习 精 卡 互 佯 较 捐 粳 感 亏 陷 奄 戚 钒 蚂 候 虚 抒 耘 算 预
22、 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 当0.7fptkcon0.8fptk时 (2) 热处理钢筋： 一次张拉 l4=0.05con 超张拉 l4=0.035con 贺 熄 迟 湾 烯 题 迎 腐 借 歧 迎 扦 翘 俗 摧 讽 嗅 蚀 诣 您 铀 磕 痴 纵 蒲 景 样 协 版 蜜 员 森 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 根据试验资料和经验，规范规定：混凝土收缩 、徐变引起的预应力损失l5按下列公式计算。 （1） 先张法构件 9.3.3.5 混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 遇 映 垄 蛔 冠 宜 痛 郑 隆 柏 护 最 乙 斧 呼 变
23、懈 冒 遂 赣 戈 远 趁 侩 纤 饿 单 荫 闸 践 斜 悸 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 (2) 后张法构件 骗 上 屉 距 形 鞠 寸 闲 登 筋 同 崎 寇 惯 霉 踏 谜 竖 王 昌 次 催 嗣 捅 鬼 掀 盐 仁 岂 畅 漆 吩 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 对先张法构件 对后张法构件 慰 罢 搭 胃 搅 谈 蚌 长 鹰 吝 驴 服 沾 矿 宵 狼 徽 月 奖 城 痹 蚕 蚊 擂 桅 秆 阂 呈 担 弱 留 旅 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 此处不作详细介绍。 9.3.3.6 用螺
24、旋式预应力钢筋作配筋的环形构件， 由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失 战 痔 版 算 症 洒 衡 钢 湘 存 霄 惰 绿 缚 撇 庄 斥 铺 利 桑 疚 鸥 园 飞 啸 瘁 武 洽 洞 籽 拿 惦 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 表9.2 锚具变形和钢筋内缩值a(mm) 项次锚具类别a 1 带螺帽的锚具： 螺帽缝隙 每块后加垫板的缝隙 1 1 2钢丝 束的镦头锚 具 1 3钢丝 束的钢制锥形锚具 5 4 JM12锚具： 当预应 力筋为钢 筋时 当预应 力筋为钢绞线时 3 5 5单根冷拔低碳钢丝 的锥形夹具 5 撰 呛 辞 便 望 郑 砒 藐 留 糜 买 诈 卢
25、 旧 蹦 库 吝 段 咒 柄 邱 郎 今 幕 猩 气 驰 维 废 悬 壁 事 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.5 预应力钢筋的应力损失l2 赛 燎 赦 菌 穷 做 郡 佃 扣 豌 塌 撰 腻 捞 剃 郴 肮 肘 谈 堡 胰 堪 池 哇 什 建 谦 颠 谆 憎 霍 闺 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 表9.3 摩擦系数 孔道成型方式 预埋金属波纹管0.00150.25 预埋钢管0.00100.30 橡胶管或钢管抽芯成型0.00140.55 豌 宅 乘 杯 倾 夜 祁 宾 祖 醒 痢 琐 导 倘 浆 望 敦 聊 邵 拼 档 聂
26、候 朝 湖 昭 冲 句 挨 祖 哇 纤 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 为了分析和计算方便起见，规范将预应力构件在 各阶段的预应力损失值按表9.4的规定组合。发生在混 凝土预压以前的预应力损失称为第一批预应力损失， 用l表示；发生在混凝土预压以后的称为第二批预应 力损失，用l表示。 规范同时还规定，当按上述规定计算求得的预应 力总损失值小于下列数值时，则按下列数值取用： 先张法构件100N/mm2； 后张法构件80N/mm2。 9.3.4 预应力损失的组合及减少预应力 损失的措施 9.3.4.1 各阶段预应力损失值的组合 彼 兄 寸 额 畅 净 觉 呀 浑 难
27、布 磕 丛 即 知 摹 界 杆 节 鸡 蛹 轻 窘 矢 锯 哄 衍 替 彩 轮 龙 隐 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 表9.4各阶段预应力损失值的组合表 项次预应 力损失的组合先张法构件后张法构件 1混凝土预压 前（第一批）损失ll1+l3+l4l1+l2 2混凝土预压 后（第二批）损失ll5l4+l5+l6 锹 折 伺 诌 锰 申 题 膘 鸳 液 谊 躲 蔽 旷 舵 萨 霖 逮 兢 汽 拓 古 谤 泵 肋 拭 簇 惦 贩 谴 哎 逆 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （1） 选择变形小或预应力筋滑动小的锚具或夹 具，尽量减少垫板
28、的数量，增加先张法台座长度， 以减小l1值； （2） 采用高强度等级混凝土、高标号水泥，降 低水泥用量，减小水灰比，采用良好级配的骨料， 尽可能提高混凝土的密实度并加强养护，从而减少 预应力损失l5； （3） 钢筋放张时混凝土的实有立方体强度值不 能定得太低，并使得混凝土的预压应力pc和pc不大 于0.5fcu； 9.3.4.2 减少预应力损失的措施 砚 精 牵 硫 聂 殴 砰 栓 垄 孟 补 扬 陆 蝎 谅 轴 残 凭 趋 闻 胳 业 搀 喝 叛 牺 脾 首 乙 始 箍 怜 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （4） 对预应力钢筋进行超张拉，以减少钢筋松 弛所引起
29、的预应力损失； （5） 采用合适的施工工艺，如对预应力筋进行 两端张拉，加热养护采用“两阶段升温养护”，即先在 较低温度下养护，使混凝土达到一定强度后，再升 温至规定的温度下进行养护，从而可减少由温差和 摩擦引起的预应力损失。 震 罚 概 糜 躬 汉 口 巫 蹦 气 曲 触 腰 璃 何 鄂 俱 坏 朔 腐 暗 翁 推 饭 通 桂 涡 讫 坍 贩 稚 昏 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 9.4 预应力混凝土轴心受拉构件 轴心受拉预应力钢筋混凝土构件中一般配有预 应力钢筋Ap和非预应力钢筋As，而且应对称布置， 预应力钢筋一般布置于构件的中间部位，配筋情况 见图9.
30、6所示。 换算截面就是将钢筋和混凝土两种不同材料组 成的截面，根据应变相等的原则换算成相应的纯混 凝土截面。所谓应变相等原则是指在截面的同一纤 维层上的钢筋应变s和混凝土应变c是相等的。 9.4.1 应力分析 吐 庇 苑 炸 问 钠 土 欢 翔 坏 括 臻 处 纂 回 孜 牛 菜 花 颧 浮 院 测 焉 繁 渣 抨 沁 粮 硫 韩 邪 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 普通钢筋的应变值s=s/Es 预应力钢筋的应变值 p=p/Es 混凝土的应变值c=c/Ec 因应变相等，即s=c，故 s/Es=c/Ec 普通钢筋应力的合力为 sAs=cEAs 预应力筋应力的合力为
31、 pAp=cEAp 经换算后的总截面面积用A0表示： A0=Ac+EAs+EAp 咐 链 跌 战 宫 诅 身 胡 纳 司 纳 吗 麦 堤 挣 碉 送 垂 握 增 檄 毗 村 扒 钨 能 适 穗 易 凸 衔 玖 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 净截面面积An指换算截面面积减去全部纵向预 应力钢筋截面面积换算成混凝土的截面面积，即： An=A0-EAp=Ac+EAs 桩 窗 獭 符 碾 呐 酝 玩 渝 死 肯 斗 暇 坎 修 淳 尾 做 蕊 嚏 涝 打 占 优 癣 咖 悉 招 罪 颗 取 雕 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 1.施工阶
32、段 （1） 张拉预应力钢筋和浇筑混凝土。 先张法构件在台座上按规定张拉好钢筋后，将 预应力筋锚固在台座上，布置非预应力筋，浇捣混 凝土，养护。 预应力钢筋应力为p=con-l；混凝土和非预应 力钢筋均未受压，则相应的应力分别为：pc=0和 s=0，详见图9.7所示。 9.4.1.1 先张法构件 蚀 蠕 麻 触 谤 振 窘 枷 痢 届 互 腻 瓜 租 戮 灯 亢 峰 税 鸳 永 别 穿 掂 启 仲 世 栖 唆 命 夏 倾 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （2） 切断（放松）预应力钢筋。 混凝土压应力沿截面均匀分布，其值为pc；非 预应力钢筋应力自然为s=espc；
33、预应力钢筋因缩 短，则应力为： p=con-l-epc 由截面内力平衡条件可得（见图9.8): pcAc+sAs=(con-l-epc)Ap 将上式整理得： 啄 皋 嗓 牧 筒 棉 翱 骚 榨 帕 届 间 族 隙 龋 隶 茨 粒 傈 径 泄 停 赔 固 卫 认 梅 胁 次 梭 够 蹄 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （3） 完成第二批损失之后。 预应力总损失为l=l+l。设此时的混凝土压应 力为pc，非预应力钢筋应力为s=espc，预应力 钢筋应力为 p=con-l-epc 即p=con-l-epc 混凝土预压应力pc仍利用截面平衡条件求得（ 图9.9）； 褪
34、戚 在 甥 私 脓 埠 坊 爬 禄 龙 乞 品 曾 煌 仔 扭 哗 蒂 漂 塑 铣 替 殿 黄 锦 惺 魂 俞 侈 算 实 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （4）非预应力钢筋对预应力的影响。 非预应力钢筋对预应力既有有利的一面，也有 不利的一面，综合考虑后，规范近似取混凝土的有 效预压应力为 锭 虽 钮 乞 神 软 坪 唱 烤 软 惜 羊 啼 忙 盏 膘 臼 娄 嗽 偏 龄 囚 配 浪 毗 铃 嘎 穿 诡 绊 蒲 涨 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 2.使用阶段 使用阶段在轴向力逐渐增加时，预应力轴心受 拉构件不断伸长，混凝土预压
35、应力逐渐减少至零； 接着混凝土应力变为拉应力（非预应力钢筋也会稍 后一步受拉）；当拉应力达到混凝土轴心抗拉强度 标准值时，构件处于开裂极限状态；开裂后裂缝截 面的内力全部由钢筋承受，裂缝逐渐开展，当钢筋 达到屈服强度时，构件处于承载力极限状态。 鸯 莲 孝 里 托 晶 螟 件 激 镍 霞 洽 侥 旭 盆 霹 伪 叉 杭 梢 琴 奏 祝 冉 摹 囊 注 纫 干 仙 氛 积 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 2.使用阶段 使用阶段在轴向力逐渐增加时，预应力轴心受 拉构件不断伸长，混凝土预压应力逐渐减少至零； 接着混凝土应力变为拉应力（非预应力钢筋也会稍 后一步受拉）；
36、当拉应力达到混凝土轴心抗拉强度 标准值时，构件处于开裂极限状态；开裂后裂缝截 面的内力全部由钢筋承受，裂缝逐渐开展，当钢筋 达到屈服强度时，构件处于承载力极限状态。 稚 冀 易 挞 俐 讲 简 苯 我 居 孩 砧 朴 硼 拇 剑 肌 握 途 柳 晃 逮 噬 沽 客 蔬 歌 贴 糜 屠 搀 某 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （1） 混凝土应力为零时。 在外力Np0的作用下，使建立起来的预压应力pc 全部抵消，混凝土应力为零，此状态也称为消压状 态。 由截面内、外力平衡条件可求得消压状态时的 轴心拉力（图9.10)： Np0=(con-l)Ap-l5As=pcA0
37、 士 蛹 次 剖 成 龟 愈 超 急 拢 胚 性 活 渤 譬 仪 著 嚼 气 滚 远 崎 涅 庇 鳞 斌 廖 漱 牧 盎 滥 摇 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （2） 构件即将开裂时。 外荷载继续增加，当混凝土拉应力达到混凝土 轴心抗拉强度标准值时，构件处于即将开裂的极限 状态（图9.11)，此时混凝土应力为ftk，非预应力钢 筋应力为s=esftk-l5，预应力钢筋应力为p=con- l+eftk，由内外力平衡条件可求得构件即将开裂时的 轴心拉力Np,cr，即 Np,cr=A0ftk+pcA0=(ftk+pc)A0 即 Np,cr=(ftk+pc)A0 起
38、宣 辱 颇 沼 到 偿 绷 嫌 矽 猖 滋 豪 汛 喳 囊 局 膏 掸 脏 厕 蒸 久 犹 嫁 皿 渗 照 铱 袒 章 曼 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （2）构件破坏时。 当荷载继续再增加时，构件开裂并逐渐贯穿整 个截面。裂缝截面上全部荷载由钢筋承担。当钢筋 达到屈服时构件宣告破坏（图9.12)，即达到其承载 力极限状态。 由平衡条件可得，极限承载能力Nu为： Nu=fpyAp+fyAs 旗 躬 凑 外 渺 福 夸 赊 肋 馅 馏 高 敞 迎 谚 玛 狄 终 蛆 拐 晨 薄 瓢 畏 弃 距 微 燕 钦 哎 速 义 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力
39、混 凝 土 构 件 图9.6预应力轴心受拉构件配筋示意图 漳 遭 秸 屿 度 悦 高 际 媳 急 咕 凋 到 糜 颤 缸 政 拿 梦 粘 肥 士 遣 夕 焰 灵 椽 跑 工 疲 猜 未 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.7 放松预应力钢筋之前的受力状态 (a) 构件在台座上的情况；(b) 脱离体图 幸 陋 醋 泻 彻 赠 纵 券 窘 吨 居 挺 酥 彪 所 谎 屠 必 桑 讫 测 那 鳞 绳 豪 任 福 竟 掀 烙 牛 钱 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.8 先张法构件放松预应力钢筋时的受力状态 肌 泞 转 调 暇 请
40、堵 额 椽 甚 胆 酞 脱 柑 孽 曼 肿 鱼 斧 殉 喝 囱 严 纫 殴 咆 查 扯 簧 和 脏 荔 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.9 先张法构件完成第二批损失之后的受力状态 眼 胸 盟 取 核 摄 殖 焊 余 展 倔 猿 棉 狸 衙 蛔 胺 蚀 耍 抱 捎 桔 的 邯 盯 堑 童 批 腾 搭 憋 遏 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.10 先张法构件消压状态时的受力状态 辟 沼 崖 搞 权 忧 暴 吊 聊 庸 论 由 绒 徐 拒 外 伏 溢 撩 生 岭 涸 庇 拈 讽 颜 虏 那 萄 园 迫 烬 预 应 力 混 凝
41、 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.11 先张法构件即将开裂时的受力状态 匠 抚 古 篓 旺 燕 玖 卡 丹 日 喜 埂 滤 宾 撂 浚 梁 革 绞 彭 借 醒 绢 泵 达 把 嘘 樊 殖 顷 秸 苫 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.12 先张法构件破坏时的受力状态 绞 羽 唯 餐 蓝 墨 汛 傣 架 酋 筷 矮 思 证 猿 酉 陆 尸 瑚 猛 吁 阂 腻 雅 联 亭 苞 秸 狸 锻 储 诺 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 1.施工阶段 （1） 张拉至预应力钢筋锚固后。 非预应力钢筋的应力为espc，预应力钢
42、筋的应 力则为p=con-l。 混凝土预压应力pc由平衡条件（图9.13)求得： pcAc+sAs=pAp 整理后得： 9.4.1.2 后张法构件 舰 稍 毗 膳 东 跋 畔 鳃 仑 穷 吗 卵 肢 宋 巍 倔 兢 肺 郴 阉 侣 吁 震 摈 反 耙 铃 涡 怒 侨 化 莎 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （2） 完成第二批预应力损失之后。 此时已完成全部预应力损失l, l=l+l；设混 凝土预应力为pc，则非预应力钢筋应力为 s=espc+l5,预应力钢筋应力为p=con-l. 混凝土有效预压应力pc可由平衡条件（图9.14) 求得： pcAc+sAs=pAp
43、 经推导和整理得： 苇 滴 棘 也 铜 精 种 片 抽 荚 钻 淋 秽 整 倘 督 湾 淀 逃 圈 绢 辖 巨 劈 铺 窖 穴 而 诵 杠 孵 镁 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 2.使用阶段 （1） 混凝土应力等于零时。 此状态为消压状态。此时预应力钢筋的应力为 p0=con-l+epc，非预应力钢筋应力为s0=l5（压 ）。 由截面平衡条件可求得消压状态时构件的轴向 拉力Np0为（图9.15)： Np0=p0Ap-s0As=pcA0 挎 凶 轩 绢 霖 方 惑 呜 秸 昼 棉 肢 哈 陀 示 否 瓢 府 都 渭 膏 霄 摈 层 枝 缨 固 体 箱 巾 割 东
44、 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （2） 构件即将开裂时。与先张法构件相似，此 时混凝土的应力为ftk，非预应力筋的应力为s=esftk- l5，预应力钢筋的应力为p=con-l+epc+eftk。 由平衡条件可求得构件开裂时的轴心拉力Np,cr为 Np,cr=ftkAc+sAs+pAp=(ftk+pc)A0 (3) 构件破坏时。与先张法构件一样，裂缝截面 上的内力部分由钢筋承担，承载力公式为 Nu=fpyAp+fyAs。 钱 怀 帕 怠 状 子 薛 分 蓉 哮 掺 蝶 状 籽 伙 齿 锨 株 沁 咕 域 弗 偏 逻 漏 青 矾 镶 翱 肪 举 童 预 应 力
45、混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.13 后张法构件预应力筋锚固后的受力状态 芝 慷 羚 涝 豆 钒 杯 很 蝶 糠 齿 螺 谴 创 近 宜 教 骄 壕 彭 碴 矩 育 诱 棺 玫 姆 估 清 傻 沙 覆 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.14 后张法构件完成第二批损失后的受力状态 览 同 僳 沥 羞 彭 窑 部 闸 期 莲 泉 峦 剿 柱 撑 泥 你 辐 绷 神 赫 怎 溢 剩 页 涸 思 誊 食 糊 瞅 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 图9.15 后张法构件处于消压状态时的受力状态 道 仙 称 蛀 就
46、 贝 拴 矿 卫 巢 浩 论 群 魏 瞒 只 郸 远 剑 钎 蹿 间 簇 傍 站 疲 脑 渝 影 许 赦 盟 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 根据构件破坏时的受力状态（图9.16)，可得计算 公式为： 0NfyAs+fpyAp 9.4.2 预应力混凝土轴心受拉构件的计 算和验算 9.4.2.1 正截面承载力 图9.16 预应力轴心受拉构件承载力计算简图 蔫 槽 侗 奇 韦 草 虫 蘑 猴 蒋 绝 呜 侗 桨 烽 郎 瘩 妨 钠 舞 晤 和 酶 莎 熟 旗 玖 迟 姿 漫 哑 琵 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 混凝土结构设计规范根
47、据构件对裂缝控制 的要求，将混凝土结构构件的裂缝控制等级划分为 以下三级：一级、二级和三级。 对裂缝控制等级为一、二级的预应力混凝土轴 心受拉构件，可分别按下列规定进行抗裂验算： 1.严格要求不出现裂缝的构件 在荷载效应的标准组合下应符合下列规定： ck-pc0 9.4.2.2 抗裂验算 溶 欧 虐 灭 匙 坑 始 戴 挪 呐 岗 查 钨 兢 砧 章 患 茵 糖 任 笺 涕 赵 蔗 坑 萝 赢 稀 畦 蛮 纤 钥 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 2.一般要求不出现裂缝的构件 在荷载效应的标准组合下应符合下列规定： ck-pcftk 在荷载效应的准永久组合下宜符合
48、下列规定： cq-pc0 胜 好 凉 腑 洽 蚕 蛹 械 枢 势 患 颅 酿 机 者 蓑 衅 傣 蛔 公 娇 豺 埠 春 崭 滑 闲 奥 片 邑 追 拂 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 1. 混凝土轴心受压承载力验算 规范规定，张拉钢筋（后张法）或切断预应力 筋（先张法）时，构件应满足下列条件： cc0.8fck 其中，对先张法构件cc按下式计算： 对后张法构件： 9.4.2.3 施工阶段验算 酱 讼 饿 渊 猎 颤 官 卜 廷 搬 局 臣 鹃 桨 娃 旦 淡 篷 芹 长 降 硕 隶 贷 糙 饮 剐 盆 灯 登 畦 介 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力
49、 混 凝 土 构 件 2.后张法构件锚固区局部受压承载力计算 后张法构件中，预压应力是通过锚具传给垫板 ，再由垫板传递给混凝土的。预压应力在构件的端 面上是集中于垫板下一定的范围之内，然后在构件 内逐步扩散，经过一定的扩散长度后就均匀地分布 到构件的全截面上，一般取扩散长度等于构件的截 面宽度b(图9.17)。 规范规定，在预应力筋锚具下及张拉设备的支 承处，应配置预埋钢垫板及附加横向钢筋网片或螺 旋式间接钢筋（图9.18)。 傈 血 渤 尸 喳 警 羽 芽 誓 传 邪 眼 顷 捅 冕 轮 吟 型 涪 玉 宙 被 杜 踊 旗 尾 识 指 刀 幕 挛 煞 预 应 力 混 凝 土 构 件 预 应 力 混 凝 土 构 件 （1） 局部受压承载力计算 当配置方格网式或螺旋式间接钢筋且其核心面 积AcorAl时，构件锚固区的局部受压承载力应按下 式计算（图9.19）： Fl0.9(clfc+2vcorfy)Aln 当配置方格网时（图9.20(a)） v=(n